第五章 石灰穩定污泥之機制探討
5.4 土木工程用途上選擇石灰含量之試驗程序
適 宜 以石 灰穩 定之 土 壤性 質為 黏土 含 量大 於
10%
之 細 料土(Fine-grained soil)
、PI>10%
者。有效穩定細料土的建議石灰含量為3%<
Lc<10%
；惟對有機土而言，一般建議的石灰含量可能無法達到預期穩定效果。以石灰穩定土壤需注意碳化
(Carbonation)
問題，即在 土壤-
石灰反應過程中石灰遇二氧化碳會轉換成堅硬固體狀。故勿將 石灰暴露於大氣中過久，攪拌及處理時間亦勿過長。相關於石灰
-
土壤混合物系列試驗程序之主要目的係在決定石灰含量
(Lime content)
，而其主要影響因素則為多樣化的土壤性質及工程用途，尤其需因應工程用途判釋石灰穩定土之品質要求（單位重、變 形、強度、透水性等），進而依據品質要求決定適宜之石灰含量；故 需對其試驗程序予以規範
[
Ronald et al. , 1979]
。一 一 一
一、、、、石灰石灰石灰石灰-土壤混合物之準備土壤混合物之準備土壤混合物之準備土壤混合物之準備
一般性的準備方法如下：
1.
使用市販熟石灰。2.
定義石灰含量Lc，如[
Lc(%)=(
石灰重÷
乾土重）×100)
或[
Lc(%)=(
石 灰體積÷
乾土體積）×100)
等。3.
搗碎乾土。4.
拌入特定石灰量。5.
加適量水入乾土（如對應於夯實最佳含水比wopt之水量）。6.
均勻攪拌石灰-
土壤混合物。7.
密封置放1hr
後，進行試體準備。二二
二二、、、、試體準備試體準備試體準備試體準備
常用之試體為圓柱型（直徑
35.6
㎜、高度71.2
㎜~
直徑152.0
㎜、高度
203.0
㎜），於強度試驗建議試體之高度宜大於或等於直徑之兩倍。用於夯實試驗之試體，其乾單位重需小心管控，因為養護石灰
-土壤混合物之強度係取決於緊密程度，故若乾單位重（或夯實能量）之條件不一致，將無法有效的觀察石灰含量及養護期對強度之影響 性。
三 三 三
三、、、、養護養護養護養護
於養護期間需比照構造物使用期之自然環境控制養護室之溫度
及濕度（如室內常態或特定狀態），然而如表
5.1
所示般，其養護要 求因機關而異甚多樣。表
5.1
典型的試體養護與強度要求[Ronald et al. , 1979]
Minimum strength requirements Agency Specimen curing
Base course (kPa)
Subbase (kPa) California DOT Mixture is “loose cured”24 hours prior
to compaction
Illinois DOT 48 hours (49 ) 1034 689
Louisiana DOT 7 days moist room, 8 hours air drying (60 ), 8 hours cooling, and 10 day capillary soaking at a confining pressure of a 6.89kPa (AASHTO T-212)
689 350
Texas State Department of Highways and Public Transportation
AASHTO T-202 689 350
Virginia Department of Highways and
Transportation
72 hours (49 ) Not used 1034
四 四 四
四、、、、試驗及選擇石灰含量試驗及選擇石灰含量試驗及選擇石灰含量試驗及選擇石灰含量
於土木工程設計上，石灰穩定土之典型力學行為試驗為
CBR
、 無圍壓縮及直接剪力等，需根據構造物所要求之力學行為從系列性試 驗結果中選擇出適宜的石灰含量。5.5 石灰 石灰 石灰 石灰-污水污泥之反應 污水污泥之反應 污水污泥之反應 污水污泥之反應
參 閱 表
3.1
， 本 計 劃 所 使 用 之 污 泥 含 八 種 金 屬 ， 即 鋅(Zn)=1,080~1,630 mg/l
、銅(Cu)=325~356 mg/l
、鉻(Cr)=218~235 mg/l
、 鉛(Pb)=81.6~112.0 mg/l
、鎳(Ni)=69.2~85.2 mg/l
、砷(As)=2.95~9.29 mg/l
、汞(Hg)=2.37~3.35 mg/l
、鎘(Cd)=1.25~2.65 mg/l
；比較上，係以 鋅、銅、鉻、鉛、鎳之含量較多，而僅含微量之砷、汞及鎘。式(5.4)~
式
(5.11)
為石灰與此八種金屬之化學反應式，其會分別產生Zn(OH)
2、Cu(OH)
2、Pb(OH)
4、Cr(OH)
3、Ni(OH)
3、Cd(OH)
2、Hg(OH)
2、及As(OH)
3八種氫氧化物，其係呈沉澱物。
知曉在石灰與汚泥八種金屬之反應過程中，
Ca(OH)
2 係發揮催化劑之作用；因為所產生之氫氧化物係以膠結沉澱物狀態存在，故認為 石灰拌污泥具有固化之效果；而影響反應之因素為石灰及水之含量。
Ca(OH)
2+ ZnO + H
2O → Zn(OH)
2+ Ca(OH)
2+ heat (5.4)
Ca(OH)
2+ CuO + H
2O → Cu(OH)
2+ Ca(OH)
2+ heat (5.5)
2Ca(OH)
2+ PbO
2+ 2 H
2O → Pb(OH)
4+ 2 Ca(OH)
2+ heat (5.6)
3Ca(OH)
2+ Cr
2O
3+ 3 H
2O → 2 Cr(OH)
3+ 3 Ca(OH)
2+ heat (5.7)
3Ca(OH)
2+ Ni
2O
3+ 3 H
2O → 2 Ni(OH)
3+ 3 Ca(OH)
2+ heat (5.8)
Ca(OH)
2+ CdO + H
2O → Cd(OH)
2+ Ca(OH)
2+ heat (5.9)
Ca(OH)
2+ HgO + H
2O → Hg(OH)
2+ Ca(OH)
2+ heat (5.10)
3 Ca(OH)
2+ As
2O
3+ 3 H
2O → 2 As(OH)
3+ 3 Ca(OH)
2+ heat (5.11)
以下續對含量較多之五種氫氧化物性質說明之。
一 一 一
一、、、、氫氧化鋅氫氧化鋅氫氧化鋅氫氧化鋅
氫氧化鋅
(zinc hydroxide)
之密度3.053
g/ mm3，為無定形白色粉 末， 幾乎不溶於水，而溶於酸、鹼溶液和氨水中。屬兩性氫氧化物，在
125
分解成氧化鋅和水；溶於強酸生成鋅鹽、溶於強鹼生成鋅酸 鹽；被用作橡膠填加劑或外科藥膏等。二二
二二、、、、氫氧化銅氫氧化銅氫氧化銅氫氧化銅
氫氧化銅
(Cupic Hydroxide)
為藍色或藍綠色凝膠或淡藍色結晶粉 末，難溶於水，溶於酸、氨水和氰化鈉，受熱至60-80
變暗，溫度 再高分解為黑色氧化銅和水。除被用作分析試劑外，還用於醫藥、農 藥等，可作為激活劑、媒染劑、顏料、飼料添加劑、紙張染色劑燈等。三三
三三、、、、氫氧化鉛氫氧化鉛氫氧化鉛氫氧化鉛
氫氧化鉛之密度
7.592
g/ mm3，為白色無定形沈澱，145
下會分 解，微溶於水，稍溶於硝酸和醋酸，而易溶於強鹼溶液生成鉛酸鹽。用於處理含六價鉻的含鉻廢水、環十二醇的氯化催化劑以及制作多孔 玻璃、防輻射屏障等。
四 四 四
四、、、、氫氧化鉻氫氧化鉻氫氧化鉻氫氧化鉻
氫氧化鉻
(Chromic hydroxide)
性狀為粘性沉澱物，不溶於水，溶 於酸和強鹼溶液，受熱分解而成三氧化二鉻，用於製鉻鹽。五 五 五
五、、、、氫氧化鎳氫氧化鎳氫氧化鎳氫氧化鎳